浅议无功补偿
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浅议无功补偿山东省阳谷县供电公司 耿庆善 马云跃 1 引言
无功是电力系统常见的一个名词，无功并非无用之功，它是用来在电路的电感、电容元件中建立变化的电、磁场，从而建立电压，传递和转换有功功率，成为电力系统和用电设备正常运转所不可缺少的重要元素之一。无功功率是电压或电动势与无功电流的乘积，无功功率的不足和过剩，都会对电压质量和电能损耗有明显的影响。当功率因数提高后，将使功率损失大大下降使得在线路上和变压器中的电压损失和电能损失均增大。因此，优化无功功率的合理配置是电力科技工作者应密切关注的问题。
2 无功补偿的基本原则
无功补偿的总原则：全面规划，合理布局，分散补偿，就地平衡。改变以往自上而下的补偿为自下而上的补偿，并根据国家及有关部门的规定，按以下原则进行：
电力用户补偿与供电企业补偿相结合，供电部门在电源点进行补偿与用户自身用电设备进行补偿，两者实现理想配合。分散补偿与集中补偿相结合，以分散补偿为主；高压补偿与低压补偿相结合，以低压补偿为主，实现区域电网内的无功分层、分压、就地平衡。
降损与调压相结合，以降损为主，坚持降损节能的原则。
3 无功补偿的三种形式
3.1 集中补偿
集中补偿是把电容器组集中安装在变电所的二次侧的母线上或配电变压器低压母线上，这种补偿方法，安装简便，运行可靠，利用率较高，但当电气设备不连续运转或轻负荷时，又无自动控制装置时，会造成过补偿，使运行电压升高，电压质量变坏。季节性用电较强、空载运行较长又无人值守的配电变压器不宜采用。
3.2 分散补偿
分散补偿是将电容器组分组安装在车间配电室或变电所各分路的出线上，形成低压电网内部的多组分散补偿方式，它能与工厂部分负荷的变动同时投切，适合负荷比较分散补偿场合，这种补偿方法效果较好，且补偿方式灵活，易于控制。
3.3 个别补偿
个别补偿是对单台用电设备所需无功就近补偿的办法，把电容器直接接到单台用电设备的同一电气回路，用同一台开关控制，同时投运或断开，俗称随机补偿。这种补偿方法的效果最好，它能实现就地平衡无功电流，又能避免无负荷时的过补偿，是农网中对异步电动机进行补偿的常用方法。
4 无功补偿容量的确定
4.1 按提高功率因数确定补偿容量
按提高功率因数确定补偿容量的方法十分简单，只要知道了补偿前功率因数的正切值tgφ2值及最大负荷月的平均有功功率P值后，所需配置的无功补偿容量Qc，可用下式计算确定
即 Qc=P(tgφ1- tgφ2)
依据上式可求得每1kW有功功率所需补偿容量（kVar/kW)，计算如表1。
表1 每1kW有功功率所需补偿容量（kVar/kW)
补偿前
补偿后cosφ2
cosφ1
0.80
0.82
0.84
0.86
0.88
0.90
0.92
0.94
0.96
0.98
0.60
0.583
0.637
0.688
0.740
0.794
0.848
0.907
0.970
1.044
1.131
0.64
0.450
0.504
0.555
0.607
0.661
0.715
0.774
0.837
0.911
0.998
0.66
0.388
0.442
0.493
0.545
0.599
0.653
0.712
0.775
0.849
0.936
0.68
0.327
0.381
0.432
0.484
0.538
0.592
0.651
0.714
0.788
0.875
0.70
0.270
0.324
0.375
0.427
0.481
0.535
0.594
0.657
0.731
0.818
0.72
0.212
0.266
0.317
0.369
0.423
0.477
0.536
0.599
0.673
0.760
0.74
0.157
0.211
0.262
0.314
0.368
0.422
0.481
0.544
0.618
0.705
0.76
0.103
0.157
0.208
0.260
0.314
0.368
0.427
0.490
0.564
0.651
0.78
0.52
0.106
0.157
0.209
0.263
0.317
0.376
0.439
0.513
0.606
从表中不难看出COSφ1越小，提高COSφ2越大，每1kW有功功率所需补偿容量越大。因此，要尽可能提高用电设备的自然功率因数，以利减少无功补偿设备的投资。
4.2 按感应电动机空载电流确定补偿容量
感应电动机随机补偿时，应按其空载电流来选择 电容器的容量，其计算公式为
Qc≤√3U0I0
通常推荐
Qc=(0.95～0.98) √3U0I0
式中 U0—电动机的额定电压，kV;
I0—电动机的空载电流，A。
空载电流值可从产品样本或铭牌上找到，亦可在电动机空载运行时实测出来。对于排灌用普通电动机，补偿容量为Qc＝（0.5～0.6）P。
电动机补偿电容的最大容量参照表2。
表2 电动机补偿电容的最大容量
电动机功率功率因数补偿到0.98的电容器容量/kVar/kW3000r/min1500r/min1000r/min750r/min5.51.872.483.33.917.52.553.164.55.4113.744.956.66.93155.16.37.889.918.55.747.228.7912.21226.828.5810.4513.2309.310.9512.616.54513.9515.916.4324.755517.0518.720.08
表2数据表明，同样容量的电动机转速越高的所需配置的补偿电容的容量越小。因此，推荐采用高速电动机。
4.3 配电线路分散补偿容量确定
线路补偿原则是通过在线路电杆上安装电容器实行单点或多点电容器补偿，单点补偿地点在离线路首端的2/3处，补偿的容量应为无功负荷的2/3，两点补偿分别装设在距离首端2/5和4/5处。配电线路的补偿容量，应根据该线路的平均无功负荷和最小无功负荷计算，当线路的最小无功负荷小于平均无功负荷的2/3时，应按最小无功负荷确定补偿容量。当配电线路首端的功率因数低于0.85时，应首先优化配置电容器组进行补偿。
4.4 随器集中补偿容量确定
110kV及以下变电站集中补偿的容量按主变压器容量的10％～30％配置为宜。对负荷集中的工业变电站按满足主变的励磁和漏抗无功功率的要求，无功补偿容量确定为：Qc为0.1～0.15倍主变压器额定容量。
10kV配电变压器的无功补偿，主要补偿变压器本身的无功需求，补偿容量可按0.1～0.15倍配电变压器额定容量来确定，由于当电容器安装在变压器低压侧时，能产生释放功率使变压器相应增加出力，并使低压侧电压有较大幅度的提高，效果显著，安装费用低，因此推荐把电容器尽量安装在变压器的低压侧。
100kVA及以上配电变压器和315kVA及以上配电变压器，安装随器补偿和无功自动跟踪补偿装置的目标，分别逐步达到50％和90％以上，以达到315kVA及以上配变二次侧功率因数不低于0.92，10kV配变二次侧功率因数平均达到0.88。
5 补偿电容器组的操作
电容器组每次拉闸之后，必须通过放电装置随即进行放电，一般经3min才能再次合闸，每次操作应间隔15min，电容器组开关跳闸，不运行强行试送。
电容器组停电检修、维护时，应拉开电容器组开关、刀闸，在人接触电容器组前，不论有无放电装置，均需先行将电容器放电，各端头短路后牢靠接地。对应额定电压低压网络电压，而将电容器安装在对地绝缘的构架上的电容器组停用检修、维护时，绝缘架也要可靠接地。
当变电所全部停电操作时，应先拉开电容器组开关，后拉开各路出线开关；当变电所全部恢复送电时，应先合上各路出线开关，后合上电容器组开关。
电容器组的操作应严格按操作票的程序和规定进行，并需有人监护。
6 结束语
无功补偿对提高功率因数、改善电压质量、降损节能、提高供电设备的出力都有
很好的作用。只要坚持科技进步，加大资金投入，优化无功补偿配置，实现无功的动态平衡是完全可能的。